医療従事者向け ポケットガイド

ECMO (Extracorporeal membrane oxygenation)

更新日時: 2018/03/08  カテゴリ: ポケットガイド, 呼吸器

1.ECMOの歴史

VV-ECMO:

心臓イラスト1970年代に2つのRCTが行われたが、デバイスの問題や肺保護戦略の欠如など不備が多かったため好結果には至らなかった。

しかしその後現在に至るまでに実施された9つのトライアル(新生児の胎便吸引症候群や呼吸窮迫症候群から成人まで多岐にわたる)では概ね好成績を収め、とくに成人では後述するCESAR トライアルやインフルエンザ肺炎を対象としたRCTで比較的良好な成績を得た[1]。

CESAR トライアルでは、180例の重症呼吸不全患者を、
(1)ECMOセンターに搬送する群と、
(2)自施設で従来の治療を受ける群に分けた。

結果、ECMOセンター群で死亡率や重度後遺障害の発生率が有意に低かった。ただしECMOセンターでの肺保護換気がより徹底されていたことなどから、転帰の差はECMOだけによるものではないと指摘された[2].その後、オーストラリア・ニュージーランドからのインフルエンザパンデミックにおけるECMO症例の後ろ向き検討において、ECMO導入群のlCU退室率71%、死亡率21%と非常に良好な成績が報告された[3]。

VA-ECMO:

複数の観察研究でECMOの優位性が認められている。しかし研究対象者が生命に直結する状況なのでRCTの展開は困難であり、決定的なエビデンスは確立されていない。

2.ECMOの適応基準

VV-ECMO:

VV-ECMOの導入基準は、ELSO(Extracorporeal Life Support Organization)などによれば、人工呼吸器で対応できない可逆性ある重症呼吸不全(PEEPやI:E比を調整してもP/F比が70~100以下など)[4]、pHが7.2以下の呼吸性アシドーシス[5]、肺移植までのブリッジユース、などが挙げられる。

より具体的なものとして2011年NEJMに掲載されたBrodieらの成人ARDS患者に対するECMO適応基準を以下に示す[6]。

①適応
  • 重症低酸素血症(例:呼吸不全患者に少なくとも6時間以上15~20cmH20のPEEPをかけているにもかかわらずPaO2/FiO2比<80)
  • 非代償性の高二酸化炭素血症(適切な人工呼吸管理を行ってもpH<7.15のアシデミアを伴う)
  • プラトー圧高値(適切な人工呼吸管理を行ってもプラトー圧が35~45cmH20)
②相対的禁忌
  • 7日以上プラトー圧>30cmH20の場合
  • 7日以上FiO2>0.8の場合
  • 血管アクセスに制限がある場合
  • 重度の不可逆性脳傷害や治療不能な悪性腫瘍など、ECMOを施行しても利益が得られないような状や臓器障害がある場合
③絶対禁忌
  • 抗凝固薬を使用できない状態

また、前述のCESAR トライアルのECMO導入基準は、(1)pH<7.20の呼吸性アシドーシス、あるいは、(2)Murrayスコア3点以下、と設定された。

Murrayスコアとは、

(a)P/F比、
(b)必要なPEEP、
(c)肺コンプライアンス、
(d)胸部レントゲン

の4項目で点数化した重症呼吸不全のスコアリング法である
(Calculator:https://www.mdcalc.com/murray-score-acute-lung-injury)。

VA-ECMO:

VA-ECMOの導入基準に確定的なものはないが、ELSOなどによると、下記が挙げられる。

適応:

心原性ショック
急性心筋梗塞
劇症型心筋炎
慢性重症心不全急性増悪
難治性不整脈
開心術後心不全
薬物中毒による心不全

絶対禁忌:

回復の見込みのない心臓で移植や
LVADの候補ではない患者

相対禁忌:

抗凝固療法の禁忌患者
重症大動脈弁閉鎖不全症
大動脈解離
多臓器不全

以下に、本邦で実施された心停止症例に対するECPRのSAVE-J研究のVA-ECMO導入/除外基準を示す。

対象:
  • 20~75歳
  • 初回心電図が心室細動または無脈性心室頻拍
  • 病院到着時心停止.病院到着までの間の白己心拍再開の有無は問わない
  • 119番通報あるいは心停止から病院到着まで45分以内
  • 病院到着後15分聞心停止が持続している
  • 目撃者の有無は問わない
  • バイスタンダーによる心肺蘇生の有無は問わない
除外:
  • 年齢20歳未満または75歳以.
  • 発症前の日常生活動作が不良
  • 原疾患が非心原性
  • 深部体温30℃未満
  • 代諾者の同意が得られない

3.カニュレーション

VV-ECMO:

脱血管を左右いずれかの大腿静脈に留置する、送血管は右内頚静脈に留置する。脱血管の先端は下大静脈と右心房の移行部に位置させる。送血管の先端は上大静脈と右心房の移行部に位置させる。

VA-ECMO:

脱血管を左右いずれかの大腿静脈に留置する、脱血管の先端は下大静脈と右心房の移行部に位置させる。送血管は左右いずれかの大腿動脈に留置する。

カニュレーションは、状況が許せばできる限り透視下で行う。やむ負えずブラインドで実施する場合の、一般的なV-AECMOカニュレーション手順を示す。

☆手順
  1. 患者の両側鼠径部から大腿まで露出させる。
  2. エコーで大腿動静脈の位置を同定する。
  3. 両側鼠径部を中心に広範囲に消毒する。
  4. 右大腿静脈と左大腿動脈より4Fr or 5Frのショートシースを挿入し血ガスをチェックする。

    ※穿刺はできる限りエコーガイドで行う。

    ※エコーにて大動脈と下大静脈にガイドワイヤーがあることを確認する。この時点でROSCがなければ、PCPS用のカニューレ(体格にもよるが、脱血管は22Fr前後,送血管は18Fr前後)を出して、人工心肺のプライミングを始める。

    ※血管確保が困難な場合、カットダウンなど別の方法を検討する。

  5. シースにカニューレに付属しているガイドワイヤーを挿入し、改めてエコーで大動脈と下大静脈にガイドワイヤーがあることを確認して、シースを抜去しダイレーションを行い、カニューレを挿入しペアンでクランプする。

    ※ダイレーションのたびに、ガイドワイヤーがスムースに動くことを確認する。抵抗がある場合は、径の細いダイレーターを挿入しなおす。

    ※カニューレの挿入は一人で行うのは難しいので、助手を一人ずつ以上つけるか、人手がない場合には術者の2人で片側ずつ挿入する。

  6. ヘパリン加生食でカニューレ内を満たしながらPCPSの回路と接続し、三方活栓にロック付きシリンジをつけ、ペアンをデクランプしair抜きを行う。

    ※接続の前に必ず脱血側と送血側を声出ししながら確認する(周りのスタッフと一緒に)。

  7. PCPSを作動させる。Flowが取れている事を確認し胸骨圧迫を中断する。
カニュレーション部位末梢の虚血について:

送血管の刺入部より末梢の下肢が虚血に陥ることがある。この場合、下肢壊死およびミオグロビン尿や高カリウム血症を来し状況を悪化させる。モニタリングとして、ドップラーエコーにより足背動脈の血流を確認する.異常所見を認めたら、早期に下肢末梢側動脈に末梢向きにエラスター針でカテーテルを確保し、下肢に向けて送血ラインより血液を送る。これをルーチンに行う施設もある。ただし、PCPS刺入部より遠位で、かつ足側への穿刺になるのでバックフローが得られず、穿刺には熟練を要する[7]。

既存の動脈閉塞(ASO)や、そのバイパス術後などにより、送血管を大腿動脈に留置できないことがある。

この場合は、右総頸動脈あるいは右鎖骨下動脈が選択肢になるが、右総頚動脈の場合は5~10%程度の確率で脳梗塞を引き起こす。鎖骨下動脈送血も上肢の虚血を考慮する。ADLについては鎖骨下動脈送血が有利である [8]。

4.ECMO作動中の管理

VV-ECMO:

肺イラストポンプ流量
患者の酸素化はECMOのポンプ流量に規定される。一方、患者の換気は人工肺に投入する酸素の流量(スウィーブガス流量)に規定される[9]. ポンプ流量の初期設定は概ね正常心拍出量の50~70%、すなわち概ね3.0:L/min以上を目安とする(=50~60mL/kg/min)。

VV-ECMOはカニューレ先端同志が近いので、どうしても再還流の影響で脱血側血液の酸素飽和度が高くなるため、脱血液の酸素飽和度が80%以下に維持するようポンプ流量やカニューレ先端位置を調節する。

カニューレ側孔が静脈壁に吸い付くと、脱血管が震えるコラプス現象が起こる。これは循環血液量の低下(あるいは回路抵抗)を意味するので、輸液(あるいはカニューレ位置調整)を行う.VV-ECMOは安定して高流量が得られるならそのままでよい(VA-ECMOは組織酸素代謝に必要な流量、かつ前負荷を減弱しすぎない流量、の中間が要求される)。

スウィーブガス流量:
人工肺への酸素流量(スウィーブガス流量)は、導入時は、酸素濃度100%でV/Q比(ポンプ流量とスウィーブガス流量の比)を1.0より開始し(つまり3L/min)、送血管のPCO2をモニタリングしながら動脈血pHを正常に維持できるように調節する。換気しすぎるとPaCO2 が低下し脳血流が低下する。

また、人工肺の結露(wet lung)は酸素を定期的にフラッシュすることで予防するが、この際、人工肺のガス出口から透明な水や黄色の泡(plasma leakage)が出てくる場合は、人工肺の交換が必要となるので、速やかにCEさんに報告する。

血液中の酸素量は主に酸素飽和度に比例する。つまり、VV-ECMOによって高度に酸素化された(SpO2=100%)の血液であっても、体循環から戻ってきた静脈血(たとえばSpO2=50%)と等量で混ざると、SpO2=75%にしかならない。

このため、VV-ECMOの場合の際の動脈血SpO2を100%近くに持ち上げることは難しい。もし貧血がなく(Hb>12)、心拍数や血圧が正常であれば、SpO2は70%以上あれば概ね問題ないので、これを目指す。

抗凝固
PCPS回路はヘパリンコーティングされているが、それでも回路内凝血を防ぐために、ヘパリンを持続投与してACT150~200秒にコントロールする。

ACTは1時間毎の測定が望ましいが、必要に応じてさらに頻回に測定する。ヘパリンはAT3を活性化することで抗凝固作用を発揮するため、適宜血漿AT3を測定し正常範囲(>70%)に維持する。

水分管理
ECMO導入初期の急性炎症期に大量の輸液を行うと肺水腫や全身浮腫が助長され、病態が悪化する恐れがある。とはいうものの、血行動態が安定化するまで(通常12~24時間)はプラスバランスでの管理となることが多いが、血行動態が安定化すれば利尿薬を投じてドライウェイトを目指す。

利尿薬投与でも十分な利尿が得られない場合はCHDFを併設し、水分と電解質を厳密に管理する。

VA-ECMO:

スウィーブガス流量や抗凝固、水分管理についてはVV-ECMOと同様である。VA-ECMOのポンプ流量は、組織酸素代謝に必要な流量、かつ前負荷を減弱しすぎない流量、の中間が要求される。

またVA-ECMOは逆行送血であるため、mixing pointを考慮に入れる必要がある。つまり、自己心拍が認められる場合、自己による血流とECMO血流のmixing pointは多くは下行大動脈に存在し、その際上半身は自己肺、下半身は人工肺によって酸素化される。

ここで自己肺の酸素化能を評価するために、右橈骨動脈に動脈ラインを確保し、ここから血液ガス分析を行う。このように解剖学的に右上肢は最も心臓に近い血液が流れているため、自己肺能の評価やサチュレーションモニター、動脈圧ラインを装着するために用いられる。VA-ECMOの目標SpO2は、組織低灌流を補うために、できれば90%を維持できるように設定する。

自己心拍の回復具合を判定する方法として、右上肢の血液ガス変化(上記)、に加えて心エコーやETCO2モニターがある。ETCO2は、右心室から肺動脈への自己血流の回復程度に比例して上昇する。

VA-ECMO作動中の平均動脈圧(MBP)は60mmHg以上に保ちたい。VA-ECMOでは右心房より脱血しているため、正確な自己圧を反映せず、心拍出量はあてにならない。さらに逆行性の送血は心臓後負荷が増大するため、IABPを併用し圧補助を行うことが多い。

PCPSに併用するIABPは高度心機能低下例が多いので基本的には1:1より開始する。通常は動脈圧モニターをトリガーとするが、心肺蘇生後などのPCPS併用時には自己心拍がなく、動脈圧波形が得られていない場合が多いため、心電図トリガーを設定する。具体的には、バルーンのinilateはT波頂点よりやや遅れた時点、deflateはQRS波直前とする。

5.肺保護戦略

ECMO自体は時間稼ぎの手段であり、その間に肺を休ませること重要となる。いわゆる「lung rest」の状態をつくらねばならない。例としてFiO2は40%以下、呼吸回数は10回/分程度に、プラトー圧は20~25cmH20以下に設定する。重症呼吸不全に対するフランスのEOLIAトライアルにおけるECMO実施中の呼吸器設定を以下に示す[10]。

ECMO実施中の呼吸器設定:以下のいずれかを選択

     
  1. ボリュームコントロールモード、FiO2 30~60%、PEEP≧10cmH2O,プラトー圧<25cmH2Oとなるように1回換気量を減らす、呼吸回数10~30/分
  2.  
  3. APRVモード,High PEEP<25cmH2O, Low PEEP≧10cmH2O

高PEEPが血行動態に著しい影響を及ぼす場合は、循環動態への影響ができる限り小さくなる範囲で必要なPEEPを設定する。また、状態が安定すれば鎮静レベルを調節して自発呼吸の出現を促す。

また同時に、スウィーブガスを調節して送血血液のPCO2を40mmHg以上にして自発呼吸を促す。ECMO実施中の気管切開は死腔換気が減り、鎮静薬も減量できるため、必要に応じて(出血性合併症に注意しつつ)積極的に行う。

6.ECMOからの離脱

VV-ECMO:

動脈血の酸素化、肺コンプライアンス、胸部X線写真で改善などが得られれば、ポンプ流量を徐々に下げECMOからの離脱を図る。ポンプ流量1.O L/min,FiO2 0.6以下,PIP30cmH20以下の人工呼吸器設定でも酸素化が維持されていれば「試験停止」を行う。具体的にはVV-ECMOのポンプ流量1.OL/minで回したままスウィープガスをオフにする。

それを数時間続けて問題なければ離脱する。ポンプ流量を0.5L/min以下で維持してしまうと回路内凝固を引き起こす危険性がある。

ECMO停止後、容認できる人工呼吸器設定の範囲でも1時間以上肺機能が維持されていればカニューレを抜去する。カニューレの抜去はヘパリン投与中止後30~60分経過してから行うのが望ましい。

抜去時は、患者に自発呼吸がある場合、側孔から静脈内に空気を引き込む危険性があるため、バルサルバ手技を行うなどの防止策が必要である。カニューレ抜去部位は圧迫や必要に応じて結紮処置を行い、確実に止血する。

VA-ECMO:

VA-ECMOの「試験停止」は、送血管と脱血管の両方をクランプする。その間は、送脱血管ブリッジを介してECMOを回し回路内の血液凝固を予防する。

さらにブリッジ以遠の送脱血管の先端までの部分はヘパリン生食で満たすか、たまにクランプを解除して血液をフラッシュする。VA-ECMOの「試験停止」はVV-ECMOより短時間で行う(血栓リスクがより高いため)。

7.ECMOの合併症

出血性合併症が30~50%の確率で発生する[11,12]。出血する部位としては、手術部位の出血(19.0%)、カニュレーション部位の出血(17.1%)、肺出血(8.1%)、消化管出血(5.1%)、頭蓋内出血(3.8%)などである[6]。大出血になってしまうと大量輸液・輸血が必要で、間質の著しい浮腫が生じ、肺保護戦各どころではなくなってしまう。

出血の理由は抗凝固薬の使用や血小板機能の低下による。そのため、ECMO使用中の血小板数は5万以上に維持し、ACTも妥当な値にキープすることで、出血リスクを減らすよう努める。出血が生じてしまい、それがコントロールできない場合はヘパリンの減量(ACT=170~190秒程度)や中止[13-15]、あるいは最終手段として第7因子製剤の投与を検討する[16,17]。

目標のHb値であるが、ポンプ流量に依存し過ぎず組織酸素代謝を維持するには、貧血は避けなければならず、ECMO作動中は12 mg/dL以上にする[18]。前述のCESARトライアルの管理プロトコールでは、Hb>14g/dlとより高い基準が設定されており、ELSOガイドラインでもそれに近い基準(Ht>40%)が設置されている。

血栓形成による合併症はECMO症例の16%に生じる[19]. 圧モニターの急な変化は血栓の存在を考える。そのため緊急時用にプライミングされた新しい回路を準備しておく。

溶血は6.9%に起こる。ヘモグロビン尿が認められたときにはハプトグロビンの投与を検討する.ハプトグロビンはまず4,000単位を投与し、尿の色調をみながら改善が得られるまで2,000単位ずつ反復投与を行う。Heparin-induced thrombocytopenia(HIT)を疑う場合はアルガトロバンなどのヘパリン以外の抗凝固薬を使用する[20]。

文責:佐野秀史/新井隆男

◇◆◇

(参考文献)

1. Bartlett RH. Clinical Research in Acute Fatal Illness: Lessons From Extracorporeal Membrane Oxygenation. J Intensive Care Med 2016; 31:456.

2. Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, et al. Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR): a multicentre randomised controlled trial. Lancet 2009; 374:1351.

3. Australia and New Zealand Extracorporeal Membrane Oxygenation (ANZ ECMO) Influenza Investigators, Davies A, Jones D, et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for 2009 Influenza A(H1N1) Acute Respiratory Distress Syndrome. JAMA 2009; 302:1888.

4. Ferguson ND, Fan E, Camporota L, et al. The Berlin definition of ARDS: an expanded rationale, justification, and supplementary material. Intensive Care Med 2012; 38:1573.

5. Braune S, Sieweke A, Brettner F, et al. The feasibility and safety of extracorporeal carbon dioxide removal to avoid intubation in patients with COPD unresponsive to noninvasive ventilation for acute hypercapnic respiratory failure (ECLAIR?study): multicentre case-control study. Intensive Care Med 2016; 42:1437.

6. Brodie D1, Bacchetta M. Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS in adults. N Engl J Med. 2011 Nov 17;365(20):1905-14.

7. Madershahian N, Nagib R, Wippermann J, et al. A simple technique of distal limb perfusion during prolonged femoro-femoral cannulation. J Card Surg 2006; 21:168.

8. Navia JL, Atik FA, Beyer EA, Ruda Vega P. Extracorporeal membrane oxygenation with right axillary artery perfusion. Ann Thorac Surg 2005; 79:2163.

9. Schmidt M, Tachon G, Devilliers C, et al. Blood oxygenation and decarboxylation determinants during venovenous ECMO for respiratory failure in adults. Intensive Care Med 2013; 39:838.

10.Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) pour les syndromes de d?tresse respiratoire aigu? (SDRA) s?v?res. L’essai EOLIA (ECMO to rescue Lung Injury in severe ARDS): un essai multicentrique international, randomis?, contr?l? en ouvert R?animation January 2011, Volume 20, Issue?1, pp 49?61

11. Sklar MC, Sy E, Lequier L, et al. Anticoagulation Practices during Venovenous Extracorporeal Membrane Oxygenation for Respiratory Failure. A Systematic Review. Ann Am Thorac Soc 2016; 13:2242.

12. Mazzeffi M, Greenwood J, Tanaka K, et al. Bleeding, Transfusion, and Mortality on Extracorporeal Life Support: ECLS Working Group?on Thrombosis and Hemostasis. Ann Thorac Surg 2016; 101:682.

13. Wilson JM, Bower LK, Fackler JC, et al. Aminocaproic acid decreases the incidence of intracranial hemorrhage and other hemorrhagic complications of ECMO. J Pediatr Surg 1993; 28:536.

14. Biswas AK, Lewis L, Sommerauer JF. Aprotinin in the management of life-threatening bleeding during extracorporeal life support. Perfusion 2000; 15:211.

15. Peek, G, Wittenstein, et al. Management of bleeding during ECLS. In: ECMO in Critical Care, Van Meurs, K, Lally, KP, Peek, G, Zwischenberger, JB (Eds), Extracorporeal life support organization, Ann Arbor 2005.

16. Bui JD, Despotis GD, Trulock EP, et al. Fatal thrombosis after administration of activated prothrombin complex concentrates in a patient supported by extracorporeal membrane oxygenation who had received activated recombinant factor VII. J Thorac Cardiovasc Surg 2002; 124:852.

17. Wittenstein B, Ng C, Ravn H, Goldman A. Recombinant factor VII for severe bleeding during extracorporeal membrane oxygenation following open heart surgery. Pediatr Crit Care Med 2005; 6:473.

18. Spinelli E, Bartlett RH. Anemia and Transfusion in Critical Care: Physiology and Management. J Intensive Care Med 2016; 31:295.

19. Sklar MC, Sy E, Lequier L, et al. Anticoagulation Practices during Venovenous Extracorporeal Membrane Oxygenation for Respiratory Failure. A Systematic Review. Ann Am Thorac Soc 2016; 13:2242.

20. Cornell T, Wyrick P, Fleming G, et al. A case series describing the use of argatroban in patients on extracorporeal circulation. ASAIO J 2007; 53:460.

お問い合わせ

ポケットガイドの内容に関してのお問い合わせは 【y-nishi@tokyo-med.ac.jp】までへメールをお送りいただくかこちらのメールフォームをご利用ください。
【※メールでの診療に関するお問い合わせはお答えすることができません】

お名前 ※必須

企業・団体名など

メールアドレス ※必須

内容 ※必須

ページの先頭へ戻る